* Barraje a base de concreto ciclopeo, cuyo peso

especifico es de (Pc) : 2300 Kg/m

* Coeficiente de friccion entre suelo y el concreto segn recomendaciones este

valor esta entre 0.5 y 1, tomaremos : 0.60

en nuestro caso predominan las arenas limo-arcillosas

* Capacidad de la carga de la arena = 2.60 Kg/cm

*

1.90 Tn/m

* Peso especifico del agua filtrada (Pf) = 1000 Kg/m

* Peso especifico del agua igual (Pa) = 1.45 Tn/m

El analisis estructural del colchon amortiguador consiste

en analisar la subpresion y determinar el espesor del colchon para

asegurar su estabilidad, su analisis ser para el nivel de operacin

mas desfavorable

La subpresion en un punto cualquiera se determina por la siguiente

formula:

Sp = Pf * c' * (h + h' - h Lx /L) para un metro de ancho

Donde:

Sp = Sub presion

h = ancho de la seccion normal del rio

c' = Factor de sub presion que depende de la

porosidad del suelo que varia de 0 a 1 Asumimos: 0.5

h' =

hLx/L = Carga perdida en un recorrido Lx

Longitud de filtracion necesaria _(Ln) Donde.

H = Carga de filtracion

Ln = c * H c = Coeficiente de filtracion que varia

En el presente calculo se ha predimensionado la estructura, siguiendo las recomen-

daciones del estudio de Suelos, considerando el dentellon a una profundidad de

1.50 m. ya que se cimentarn sobre un estrato de grava (material aluvional).

2.20 m. 5.00 m.

0.70 m.

Talon (punto critico) 0.80 m.

0.85 m.

1.04 m. 0.89 m.

1.20 m.

0.85 m. 2.50 m. 0.90 m.

0.54 0.20 m. 0.54 . 0.20

0.60 0.50 m. 5.40 m. 0.50

0.20 m.

Profundidad del punto considerado, respecto al punto de inicio

de la filtracion

1. Datos generales:

2. Bocatoma .

a. Colchon amortiguador.

a.1 Subpresion:

a.2 Longitud de filtracion:

2451.00 m.s.n.m.

Peso especifico del agua con

sedimentos y elementos flotantes

DISEO ESTRUCTURAL DE INFRAESTRUCTURA DE CAPTACION PARA

PROYECTOS DE IRRIGACION POR ING. JOEL LEON BURGA

ANALSIS ESTRUCTURAL DE LA BOCATOMA

1

2 3

4 6

7 8

5

9

LONGITUD DE FILTRACION NECESARIA:

Ln = 11.95 m. c= Ln/H

Calculo de "c" :

* Cuando esta en max. Avenida:

H = 0.80 m.

c = Ln/H = 14.94

* Cuando esta al nivel del cimacio:

H = 0.85 m.

c = Ln/H = 14.06

* Segn el criterio de Blight, recomienda que para estructuras

sobre grava y arena el valor de "c" ser de: 9.00

* De estos tres cogeremos el menor, que es:

c = 9.00

Longitud de filtracion recorrida _(Lc)

Lc = Lh + Lv Donde. Lh = Longitud horizontal en m.

Lv = Longitud vertical en m.

Se considera distancia vertical >= 45

Se considera distancia horizontal < 45

Para asegurar la estabilidad del colchon amortiguador el espesor se

calcula vrificando su peso que en cualquier punto debe ser por lo

menos igual al valor de la subpresion en dicho punto por razones de

seguridad se adopta que el peso del colchon sea igual a los (4/3 del

valor teorico.

e = 4 * Sp / ( 3 * Pc)

Empleando la formula de Taraimovich

e = 0.2 * (q^0.5) * (Z^0.25)

Donde : q = Descarga mxima probable

unitaria

Z = Carga o energia por perder

Se calcula empleando la formula que expresa la ley de Darcy

Q = K * I * A

Donde : Q = Gasto de filtracion

K = Coeficiente de permeabilidad para la cimentacion

I = Pendiente hidraulica

A = Area bruta de la cimentacion atravez del cual se produce

la filtracion

b. Calculo y chequeo del espesor del colchon amortiguador.

H = 0.85 m. CARGA HIDRAULICA SOBRE LA ESTRUCTURA

c = 9.00 COEFICIENTE DEL ESTRATO DE CIMENTACION

Ln = 7.65 LONGITUD DE FILTRACION NECESARIA

Calculo de longitud vertical (Lv)

Calcularemos con los valores del grafico de la siguiente hoja

Lv = 5.45

Lh = 6.50

Lc =Lv+Lh = 11.95 Longitud de filtracion Recorrida (Lc)

c.1 Calculo de la longitud de filtracion necesaria (Ln)

c.2 Calculo de la longitud compensada (Lc)

a.3 Espesor del Colchon amortiguador

a.3 Volumen de filtracion

como Ln > Lc , entonces se esta posibilitando la tubificacion,

por lo tanto no haremos uso de los lloraderos.

Calculo de la Sub presion.

Sp = Pf * c' * (h + h' - h Lx /L)

Las variables que se presentan en la formula, anteriormente

se ha indicado sus valores, exepto:

L = ( Lh / 3 ) + Lv

Remplazando:

L = 7.62 h / L = 0.112

Ordenando tenemos:

Punto Lx (m) h' (m) Sp (kg/cm)

1 0.00 0.00 425.00

2 0.00 0.85 850.00

3 0.60 0.85 816.52

4 1.10 0.65 688.62

5 2.20 0.65 627.24 Punto critico

6 6.50 0.90 512.31

7 6.70 0.90 501.15

8 7.20 0.90 473.25

9 7.20 0.00 23.25

Optenemos el grafico de presiones en la siguiente hoja:

e = 4 * Spo / ( 3 * Pc)

Remplazando: Spo = 627.24 kg/m

Pc = 2300 Kg/m

Espesor definitivo:

e = 0.364 m e = 0.50 m.

As mismo la subpresion va adisminuir con el solado de proteccin al inicio.

Datos: k = Permeabilidad

k = (segn los estudios de suelos)

L = Lc = 11.95 m.

H = 1.55 m.

5.00 m.

c.3 Verificacion del espesor del colchon amortiguador

c.3 Caudal de filtracion (Avenidas maximas)

5.00E-03 cm/seg

0.80 m/dia

Ancho de toda la cimentacion =

0

500

1000

1500

2000

2500

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

Sp

L (x) m.

Diagrama de subpresiones

Para una profundidad de = 0.85 m

El gasto de filtracion es:

Q = 5.513 cm/s

Q = 0.0055 Lt/s

Para todo el ancho de la cimentacion:

Q = 0.028 Lt/s

3. Analisis del barraje para agua al nivel de la cresta

P1

Sv

Sh

W

Fh

P2

Ea

SpFuerzas que intervienen

Fh = Fuerza hidrosttica

Ea = Empuje activo del suelo en suelo friccionante

Wa = Peso de la estructura

Sp = Sub - Presion

Sh = Componente horizontal de la fuerza sismica

Sv = Componente vertical de la fuerza sismica

Ve = Empuje del agua sobre la estructura ocacionado por aceleracion sismica

Me = Es el momento producido por la fuerza (Ve).

P1

Sv

p = 0.85 m. Sh

W

Fh

P2

Ea O

Sp

a. Fuerza hidrosttica (Fh).

Fh = 0.5 * Pa * H H = P= 0.85 Tn/m

Pa = 1.45 Tn/m

Fh = 0.524 Tn Vh = P /3 = 0.283 Tn

0.85 m.

0.90 m.

Los Fenomenos de: subpresin (originan fuerzas desestabilizantes), filtracin (prdida de agua

por debajo de la estructura) y la tubificacin o piping (fenmeno que debe evitarse) estn

relacionados entre s. En muchos casos para aliviar o disminuir las fuerzas debido a la

subpresiones, se disponen drenes o ductos que conducen las filtraciones a presin atmosfrica

bajando la presin a cero junto al dren.

b. Empuje activo del suelo (Ea).

Donde :

Pf = 1000.00 Kg/m

P' = Peso especifico del suelo sumergido =

P' = (Ps - 1) = 1.00 Tn/m

H2 = Espesor del suelo = 0.90 m

& = Angulo de friccion interna segn tabla = 37

Ps = Segn tabla N SM = 2.00 Tn/m

Pa = 1.45 Tn/m

Ka = [ Tag (45 - &/2) ] = 0.249

Pc = Peso especifico del concreto= 2300 Kg/m

H 1 = Espesor solado delantero = 0.20

Remplazando tenemos: P1 = 1.6925 Tn/m

P2 = 1.13 Tn/m

Ea = 0.89 Tn/m

Ya = H2(2P1 + P2) / [ 3(P1 + P2) ] =0.480 Ya = 0.480 m.

c. Empuje del solado delantero (Ec).

Ec = 0.5*(P + P1)* H1

Donde, P = Pa * H = 1.2325 Tn/m.

Entonces :

Ec = 0.2925

Yc = ( 2*H2 + H1 ) / 2 = 1.00 m

d. Peralte del peso de la estructura (W).

El peso de la estructura , biene hacer el peso del barraje, para ello dividiremos

en las partes como el numero de cordenadas que se calcularon para el diseo

del perfil y dicho barraje se ha dividido en 9 porciones y se ha calculado

su centro de gravedad :

P1 = ( Pc * H1) + (Pa * H)

P2 = (Pf * H2 ) + (P' * Ka * H2 ) + P1

Ea = 0.5 (P1 + P2) * H2

N ancho (m) Alto (m) Area (m) x (m) y (m) Ax Ay

1 0.50 -0.10 -0.0500 0.2500 -0.0500 -0.012500 0.002500

2 2.26 0.50 1.1300 1.6300 0.2500 1.841900 0.282500

3 0.98 0.78 0.7644 3.2500 0.3900 2.484300 0.298116

4 1.28 0.39 0.4992 4.3800 0.1950 2.186496 0.097344

5 0.60 0.33 0.1980 5.3200 0.1650 1.053360 0.032670

6 0.22 0.16 0.0352 5.7300 0.0800 0.201696 0.002816

7 0.17 0.08 0.0136 5.9250 0.0400 0.080580 0.000544

8 0.22 0.09 0.0187 6.1200 0.0425 0.114444 0.000795

9 0.20 0.06 0.0110 6.3300 0.0275 0.069630 0.000303

10 0.40 0.06 0.0220 6.6300 0.0275 0.145860 0.000605

TOTAL : 2.64 45.565 1.1675 8.165766 0.72

X = 2.02 m Con respecto a "O"

Y = 1.63 m

Peso de la estructura para un metro de ancho de barraje :

W = 6.07683 Tn

e. Sub presion (Sp).

Sp = c * Pa * H * L / 2

CALCULO DEL CENTRO DE GRAVEDAD DE LA ESTRUCTURA

Donde : c = 0.60 fines de diseo

L = 2.20

Sp = 0.96 Tn/m

Xsp = 2*L/3 = 1.47 m

f. Empuje del agua devido a la acelerasion sismica.

La fuerza sismica en el agua y que se reparte en la estructura esta dada por

la siguiente formula:

Ve = 0.726 * Pe * y

Donde:

Aumento de presion de agua en Lb/ pie a cualquier

elevacion debido alas oscilaciones sismicas y se calcula

por la siguiente formula:

Pe = c * i * Pa * h

C = Coeficiente de distribucion de presiones.

C = Cm * [ y (2 - y/h) + ( v * (2 - y/h) / h )^0.5 ] / 2

y = Distancia vertical de la superficie del vaso a la

elevacion en pies.

Cm = Valor maximo de C para un talud constante.

En la superficie del agua:

y=0 c=0 Pe = 0 Me = 0

En el fondo del barraje

y = 0.85

h = 0.85

y/h = 1.00

Para paramento vertical:

c = 0.73 Para un sismo de Intensidad VIII en la

escala de Mercally (Zona 1, R.N.C.)

La aceleracion sismica es el 32% de la

aceleracion de la gravedad

i = 0.32

Pa = 90.48 lb/pie

h = 2.79 pie

Remplazando :

Pe = 58.92752486 lb/ pie

Ve = 119.27 lb / pie

El momento de volteo ser de:

Me = 0.29 * Pe * y

Me = 132.83 lb - pie

En unidades metricas seria :

Ve = 0.177 Tn/m

Me = 0.060 Tn - m

G. Sismo.

Componente horizontal del sismo.

Sh = 0.1 * W = 0.607683 Tn

Componente Vertical del sismo.

Sv = 0.03 * W = 0.182 Tn

Estas fuerzas actuan en el centro de gravedad de la estructura.

2. Analisis de estabilidad de agua.

La falla en la estructura puede ser por Volteo, deslizamiento y esfuerzos excesivos.

Debera preveerse que en el plano de desplante de la estructura solo tengan esfuerzos

a compresion y que el suelo admita tracciones esto se logra cuando la resultante de

las fuerzas actuantes corta al plano de la base en el tercio central

Ubicacin de la Resultante (Xr)

Tomando momento respecto al punto "0"

Fh Ea Ec Sh Ve TOTAL

-0.524 -0.888 -0.293 -0.608 -0.177 -2.489

0.283 0.480 1.000 1.626

-0.148 -0.426 -0.293 -0.988 -0.060 -1.915

Sp Sv W TOTAL

-0.957 -0.182 6.077 4.938

1.467 2.021 2.021

-1.404 -0.368 12.280

M (+) = 12.280

m (-) = -3.687

Ubicacin de la Rseltante con respecto a "O" :

1.740 m OK!

Cae en el tercio central de toda la longitud

Excentrecidad (e)

e = L/2 - Xr = 0.640

Estabilidad al volteo

F.S. = suma M (+) / suma M (-) > 1.5

F.S. = 3.330 OK!

Estabilidad al deslizamiento.

Fuerza resistente Fr = u * Fv u = Coeficiente de friccion entre el concreto y el terreno,

segn el proyecto u= 0.5 para grava.

Fr = 2.4687626

Debe cumplir que Fr > Fh , caso contrario necesita undentellon, el cual con dimensiones antes

optadas

Calculo para hundimiento

= resistencia del terreno , segn estudios de suelos del proyecto

= 1.2 Kg/cm

Brazo (m)

Mot (m)

F horz (m)

Xr =[ M(-) + M(+) ] / Fvert

F vert. (m)

Brazo (m)

Mot (m)

Estos esfuerzos estn dados por:

= [ Suma Fv * ( 1 (6e / b) ) ] / (a * b) a = 1.00 m.

b = 2.20 m.

1 =

2 =

1 , se encuentra en el rango < OK!

2. Diseo de pilares :

a.- Altura total de estribos y muros de encauzamiento :

H = 1.25 (Ho + P ) = 2.10 m.

b .- Diseo de Muros de gravedad :

Concreto ciclpeo , f'c = 175 kg/cm + 40%P.G

Resultate del Ncleo centrak

Caso desfavorable : no hay agua

Fuerzas que actuan : Empuje de tierras ,sismo peso dela estructura

0.18

E h H = 2.10 m.

W

0.4 0.26

1.260

Empuje del suelo : 2.5

f = 0.7

Ea = 0.5 . W . H . Ka

Ka = Tg (45- /2 ) Empuje activo = 0.249

Kp = 1/ Ka Empuje pasivo = 4.023

W = Peso Especfico del matyerial

= Angulo de Friccion = 37

P1 = Ka . h . s = 1.141931004

E1 = 1/2 . P1 . h = 1.04914911

Ea = 1/2 x Ka x s x h x ( h+2h') = 1.04915

Y1 = 1/3 .h = 0.8750

W 1 = 0.6615

W 2 = 1.47 W = 2.77

W 3 = 0.643125

Estabilidad del Muro :

F.S.V = M est / M volteo > = 1.5

F.S.V = 2.3782763 = 2.591 ok

0.9180055

0.16

Peso esp .suelo =

-0.17 Kg/cm

1.20 Kg/cm

0.62 Kg/cm

F.S.D = W . Fr / Ea > = 1.8 Se coloca un diente

F.S.D = 1.8512502

g-3) Verificacin por Capacidad Admisible (Presiones) :

actuante > admisible

= W . ( 1 6 . e /B ) ..(I) A

donde :

B = 1.26

L = 1.00

x = W * x = 2.38 = 0.857

W 2.77

z = E. Yo = 0.92 = 0.331

W 2.77

e = B/2 - (x -z )

e = 0.1037052

Reemplazando en (I) se obtiene :

1= 3.2895473 T/ m. < t Si cumple

2= -1.114619 T/ m. < t Si cumple